Gjennomgang av store nettsammenbrudd i Europa og USA (Hvordan få til bedre styrings og overvåkingsprinsipper?)

Transkript

1 IEEE/Cigre: Fagmøte, 9. desember 2003 Gjennomgang av store nettsammenbrudd i Europa og USA (Hvordan få til bedre styrings og overvåkingsprinsipper?) Kjetil Uhlen, SINTEF Energiforskning AS 1

2 Oversikt 14. august: USA/Canada, 51 mill. innb., MW 23. august: Helsingfors, innb., 500 MW 28. august: Sørøst-London, innb., 724 MW 23. sept: Sør-Sverige/Danmark, 4,2 mill innb., MW 28. sept. Italia/Sveits, 57 mill. innb., MW Oppsummering Hva kan vi lære og hva trengs av bedre styrings og overvåkingsprinsipper?) Kilder: Statnett og U.S. Canada Interim Report 2

3 14. august: USA / Canada Utfall av generatorer og enkeltlinjer i Ohio endrer lastflytsituasjonen. Påfølgende utfall pga. effektpendlinger, spenningsfall og overlast på gjenværende overføringslinjer. Kaskaderede utfall (linjer og generatorer) som berørte et stort område pga sterke forbindelser mellom statene. Ca 51 millioner mennesker ble berørt. 3

4 U.S.-Canada Interim Report Released November 19, 2003 Result of an exhaustive bi-national investigation Working groups on electric system, nuclear plant performance and security Hundreds of professionals on investigation teams performed extensive analysis Interim report produced by the teams and accepted by the bi-national Task Force Kilde: U.S.-Canada Interim report, Nov. 19,

5 Conclusions of the Interim Report What caused the blackout Inadequate situational awareness by FirstEnergy Inadequate tree-trimming by FirstEnergy Inadequate diagnostic support by reliability coordinators serving the Midwest Explanation of the cascade and major events Nuclear plants performed well No malicious cyber attack caused blackout Kilde: U.S.-Canada Interim report, Nov. 19,

6 What happened on August 14 At 1:31 pm, FirstEnergy lost the Eastlake 5 power plant, an important source of reactive power for the Cleveland- Akron area Starting at 3:05 pm EDT, three 345 kv lines in FE s system failed within normal operating load limits -- due to contacts with overgrown trees Kilde: U.S.-Canada Interim report, Nov. 19,

7 What happened (3) -- Ohio Star-S.Canton 345 kv Hanna - Juniper 345 kv Harding-Chamberlin 345 kv % of Normal Ratings After the 345 kv lines were lost, at 3:39 pm FE s 138 kv lines around Akron began to overload and fail; 16 overloaded and tripped out of service Dale-W.Canton W.Akron Breaker Chamberlin-W.Akron E.Lima-N.Finlay Canton Central Transformer W Akron-Pleasant Valley Babb-W Akron E Lima-New Liberty Cloverdale-Torrey :05:55 EDT 15:51:41 EDT 15:41:35 EDT 15:32:03 EDT 15:05:41 EDT Kilde: U.S.-Canada Interim report, Nov. 19, 2003

8 What happened (4) -- Ohio At 4:05 pm, after FirstEnergy s Sammis- Star 345 kv line failed due to severe overload. Kilde: U.S.-Canada Interim report, Nov. 19,

9 What happened (5) -- cascade Before the loss of Sammis-Star, the blackout was only a local problem in Ohio The local problem became a regional problem because FE did not act to contain it nor to inform its neighbors and MISO about the problem After Sammis-Star fell at 4:05:57, northern Ohio s load was shut off from its usual supply sources to the south and east, and the resulting overloads on the broader grid began an unstoppable cascade that flashed a surge of power across the northeast, with many lines overloading and tripping out of service. Kilde: U.S.-Canada Interim report, Nov. 19,

10 Power plants affected The blackout shut down 263 power plants (531 units) in the US and Canada, most from the cascade after 4:10:44 pm but none suffered significant damage Kilde: U.S.-Canada Interim report, Nov. 19,

11 Summary of the Situation at 4:10:38 Kilde: U.S.-Canada Interim report, Nov. 19,

12 Affected areas When the cascade was over at 4:13pm, over 50 million people in the northeast US and the province of Ontario were out of power. Kilde: U.S.-Canada Interim report, Nov. 19,

13 Why the cascade spread Sequential tripping of transmission lines and generators in a widening geographic area, driven by power swings and voltage fluctuations. The result of automatic equipment operations (primarily relays and circuit breakers) and system design Kilde: U.S.-Canada Interim report, Nov. 19,

14 23. sept: Sør-Sverige / Øst-Danmark Utfall av 1200 MW kjernekraft ( Oskarshamn 3) 5 minutter senere kortslutning av begge samleskinner i Horred, som medførte utfall av ca 1800 MW produksjon i Ringhals og flere 400 kv forbindelser. Feil nr 2 inntraff før pålitelig nettdrift var gjenopprettet. Deretter spenningskollaps og utfall av Syd Sverige, Sjælland og Bornholm. Totalt ca 6850 MW forbruk. Forsyningen var gjenopprettet i Sverige etter ca 3 timer og i Danmark etter ca 10 timer. 14

15

16 Spenningskollaps 16

17 28. sept: Italia / Sveits Driftssituasjonen: Italia importerte ca 6700 MW fra hhv Frankrike,Sveits, Østerike og Slovenia. Lasten i Italia var ca MW, hvorav 3600 MW pumpelast. Utfall av en 380 kv ledning i Sveits etter overslag til tre (storm) Etter ca 25 minutter utfall av 380 kv ledning nr 2 Sveits (tre/- overlast) Deretter kaskaderende utfall av gjenværende ledninger. Frankrike Italia 3 x 380 kv, Slovenia Italia 380 kv og Østerrike og Italia og Sveits og Italia ( -220 kv- ) Lang gjenoppbyggingstid som følge av manglende informasjon/koordinering. Organisering i Sveits med 6 vertikalintegrerte TSO-er og en koordinator ( ETRANS). Italia ISO uten styringsmulighet i nettet. 17

18 23. august: Helsingfors Kortslutning i nettet i forbindelse med innkopling av et aggregat som hadde vært ute for revisjon. Pga. uselektiv verninnstilling falt mange ledninger etter ca 0,8 sekunder. (bakenforliggende reserve). Deriblant innføringsforbindelsene til byen, som deretter ble mørklagt. Det falt ca 500 MW forbruk og ca mennesker var uten forsyning. Stamnettet hadde spenning tilbake i løpet av 12 minutter. Alle forbrukere fikk tilbake forsyningen etter ca 1 time. 18

19 28. august: Sørøst-London Svekket bynett pga revisjonsaktivitet Feil i transformator (falt for gassvern) Stasjonsløsningen gjorde at man måtte kople ut en ledningsforbindelse for å få frakoplet transformatoren. Deler av byen måtte da forsynes over én ledning for å få frakoplet transformatoren. Ut fra lastforhold skulle dette være uproblematisk. I det ledningen ble frakoplet falt den gjenværende innmatingsledningen uønsket pga feil installert vern. Derved falt ca 550 MW forbruk. Forsyningen var gjenopprettet etter ca 1 time. 19

20 Oppsummering Viktig å understreke at det ikke er praktisk mulig å bygge ut eller å drive kraftsystemet slik at det tåler ekstremt sjeldne hendelser. Hendelsene i høst har likevel satt fokus på en del viktige tema innenfor driftssikkerhet og systemdrift, og som har potensial for forbedringer: Viktigheten av kommunikasjon og informasjonsutveksling mellom TSOer (systemansvarlige). Opplæring av driftssentralpersonell, Planer for- og trening i håndtering av store driftsforstyrrelser Fokus på skogrydding. Revisjonskoordinering er viktig. Betydningen av å ha tilstrekkelig produksjon og nettkapasitet til å gi sikker forsyning. 20

21 Hva med nettforsterkninger og økt overføringskapasitet? Gir bedre forsyningssikkerhet og mindre prisforskjeller Gir ikke nødvendigvis bedre driftssikkerhet Det er kriteriene for driftssikkerhet og selve håndteringen av disse som betyr mest (overvåking, vedlikehold, vern og kontrollanlegg) 21

22 Det trengs Gode overvåkingssystemer som gir hurtig og presis informasjon om driftstilstanden innenfor SCADA/EMS eller nye løsninger Kommunikasjon (både mellom driftssentraler og operatører) Hurtige korrektive tiltak for å gjenopprette normal (sikker) driftstilstand. Forbedringer innen vern og kontrollanlegg. Automatiske kontrolltiltak som kan bidra til redusere utbredelse av store feil (systemvern). Mange utfordringer.. Flere av disse er tema for NIP-prosjektet! 22